Лако-красочные материалы — производство

Рациональность применения клеев в строительстве определяется рядом факторов. Одной из основных проблем современного строительства является снижение веса зданий и сооружений, что дает очень большой экономический эффект. Эта важнейшая проблема решается (наряду с прочим) путем использования легких, в том числе клееных, несущих и ограждающих конст­рукций. В качестве примера можно назвать клееные деревянные несущие конструкции (арки, балки, рамы), навесные стеновые клееные каркасные и трехслойные панели со средним слоем из пенопластов, сотопластов и других теплоизляционных материа­лов.

Часто применение клееных конструкций является единствен­но возможным. Например, в агрессивных химических средах клееные деревянные конструкции оказываются значительно долговечнее стальных и железобетонных сооружений. Традици­онной областью применения клеев является изготовление сто­лярных строительных изделий (окон, дверей и т. п.), а также ограждающих конструкций — панелей с деревянным каркасом [71].

Применение клеев дает возможность существенно понизить трудоемкость изготовления конструкций и ускорить процесс строительства.

Клеи применяются для соединения железобетонных элемен­тов в сборном мостостроении и при устройстве дорожных по­крытий. Весьма экономично применение клеев при ремонте и усилении различных конструкций. Они позволяют быстро и эф­фективно ремонтировать и модернизировать устаревшие или де­фектные конструкции — отдельные детали панелей, элементы колонн и целые здания (например, заделка трещин после зем­летрясений) .

Нельзя обойтись без клеев в отделке зданий. Применение современных клеев для приклеивания линолеума, обоев и других отделочных материалов позволяет ускорить процесс строитель­ства, снизить токсичность и пожароопасность и отказаться от использования пищевых продуктов (мучного клейстера, казеина и т. п.).

Огромный объем современного строительства, его индустри — альность, преимущественное изготовление строительных конст­рукций и деталей в заводских условиях на потоке предъявляют

Изменение несущей ных клееных балок пени армирования.

Жесткие и специфические требования к свойствам клеев. Глав­ные из них — это сочетание большого срока эксплуатации со стойкостью к длительному действию статических и в ряде слу­чаев динамических нагрузок и атмосферных факторов.

Расчетные нагрузки на клеевой шов в большинстве строи­тельных конструкций сравнительно невелики по сравнению, на­пример, с нагрузками в авиации. Однако срок службы в тяже­лых условиях эксплуатации для многих клееных строительных изделий должен составлять десятки лет, что несравненно боль­ше ресурса работы летательных аппаратов. В связи с этим в строительных конструкциях должен быть большой запас проч­ности по отношению к расчетным нагрузкам [67].

Массовость строительных клееных изделий требует, чтобы клеи были технологичными, недорогими, имели — обеспеченную сырьевую базу. Все это не позволяет, как правило, применять в строительстве клеи, разработанные для других отраслей про­мышленности.

Широкий ассортимент синтетических смол и каучуков, выпу­скаемых химической промышленностью, позволяет получать клеевые композиции, пригодные для склеивания всех конструк­ционных строительных материалов: древесины, металлов, сили­катных и бетонных материалов, стеклопластиков и др. [68, 69, 70].

Новым видом конструкций являются армированные деревян­ные конструкции, представляющие собой обычные клееные пря­молинейные элементы, в которые вклеена металлическая или стеклопластиковая арматура [72]. Это позволяет существенно повысить несущую способность таких конструкций (рис. V. 1). Основная трудность при их разработке обусловливалась значи­тельным различием в деформативности древесины и арматуры при действии температуры и влажности [73, 74].

Большие размеры деревянных конструкций, а также включе­ние участков склеивания в поток деревообрабатывающего про­изводства затрудняют устройство эффективной вентиляции и обеспечение пожаро — и взрывобезопасности. В связи с этим приобретает особое значение использование малотоксичных клеев и клеев, не содержащих горючих растворителей [75].

Рис. V. 2.

Несущие клееные деревянные конструкции:

А—криволинейные конструкции; 6—конструкции из прямолинейных элементов.

Для изготовления столярных изделий наиболее широко при­меняются карбамидные клеи главным образом с пониженным содержанием свободного формальдегида. В тех случаях, когда требуется повышенная водостойкость, используют модифициро­ванные карбамидные клеи, в частности карбамидомеламинопо — ливинилацетатный клей КС-В-СК, который по водо — и атмосфе — ростойкости приближается к фенольному клею КБ-3, но менее токсичен и пожаро — и взрывобезопасен. Перспективно примене­ние карбамидо-бензгуанаминовых клеев, например на основе смолы СМБ-25 [75—77^ , Несущие деревянное конструкции широко применяются в сельскохозяйственных сооружениях (коровники, свинарники, птичники, склады минеральных удобрений и т. п. [78]. К насто­ящему времени такие здания строятся пролетом до 45 м (рис. V. 2). Деревянные конструкции можно применять также при строительстве спортивных сооружений, рынков и других ‘ зданий гражданского назначения. К достоинствам деревянных — конструкций особенно больших сечений относятся кроме их стойкости в агрессивных средах высокая огнестойкость, значи­тельно превосходящая огнестойкость металлических конструк­ций [79].

В отечественной практике для склеивания деревянных кон­струкций до последнего времени применялись в основном фе — нольные клеи, а за рубежом — почти исключительно резорци­новые и комбинированные фенолорезорциновые. Фенольные клеи менее стойки к ускоренному температурно-влажностному старению и, кроме того, в них присутствуют кислые отвердители (сульфокислоты), которые могут гидролитически расщеплять древесину. Серьезным недостатком фенольных смол является их небольшой срок хранения (2—3 мес.). Невысокая стоимость а доступность наряду с достаточно высоким качеством клеевых соединений определяют то, что фенольные клеи с успехом при­
меняются до сих пор. В связи с этим разработан и постепенно должен заменять клей КБ-3 фенольный клей на основе мало­токсичной смолы СФХ, также не содержащий горючих раство­рителей и малотоксичный (содержание фенола до 1% и фор­мальдегида до 1,5%) [75, 77, 84].

Однако фенольные клеи все больше заменяются алкилрезор — циновыми клеями на основе продуктов переработки горючих сланцев [75, 80, 81]. Эти клеи (ФР-100, ДФК-1АМ) хорошо себя зарекомендовали и выпускаются в достаточном количестве (около 500 т/год). Их стоимость в 2 раза ниже, например, стоимости резорцинового клея ФР-12, и имеет тенденцию к сни­жению. Ограничивает применение алкилрезорциновых клеев их относительно невысокая когезионная прочность, которая сопо — . ставима с прочностью древесины мягких хвойных пород, но ниже прочности твердых лиственных пород (дуб и т. п.), и относитель­но малая жизнеспособность клея вследствие повышенной актив­ности алкилрезорцинов по сравнению с резорцином.

Фенолорезорциновые клеи по своим свойствам не уступают резорциновым клеям, но значительно дешевле их и позволяют экономить до 50% дефицитного кристаллического резорцина. Большинство таких клеев характеризуется относительно боль­шим содержанием свободного фенола (14—18% для некоторых зарубежных марок). В’Советском Союзе успешно применяется фёнолорезорциновый клей ФРФ-50, содержащий до 6% свобод­ного фенола, что сопоставимо с этим показателем для феноль­ных смол. Осваивается производство фенолоалкилрезорциново — го. клея [75, 82, 83]. Фенолорезорциновые и фенолоалкилрезор — циновые клеи не содержат горючих растворителей, что позволяет изготовлять оборудование для работы с ними в обыч­ном, а не в пожаро- и взрывобезопасном исполнении, и дает значительный экономический эффект. Отечественный резорци­новый клей ФР-12 не уступает по прочности и долговечности лучшим зарубежным резорциновым клеям. Он применяется при изготовлении наиболее ответственных уникальных конструкций для крытых катков и других гражданских и промышленных со­оружений.

При работе с клеями следует учитывать не только содержа­ние в них свободных токсичных продуктов, но и возможность выделения последних в воздух в процессе их — использования. Было показано [85], что выделение токсичных продуктов из клеев для древесины не пропорционально их содержанию в исходных продуктах; за время склеивания в воздух выделяется лишь небольшая доля свободных фенола и формальдегида. Это дает возможность на научной основе проектировать системы отопления и вентиляции предприятий по применению клеев и получать значительный экономический эффект, поскольку расчет вентиляции проводится не на суммарное содержание токсичных веществ, а на реально выделяемое количество [85, 86].

Для вклеивания арматуры в армированные деревянные кон­струкции наиболее рационально применять эпоксидные клеи, например ЭПЦ-1 и К-153. Они обеспечивают сочетание опти­мальных технологических и прочностных характеристик при требуемой долговечности клеевых соединений [72—74].

Из относительно новых областей применения клеев в строи­тельных конструкциях следует назвать слоистые панели с об­шивками из тонколистовых металлов, главным образом алюми­ния, стеклопластика, фанеры, асбестоцемента и средним несу­щим слоем из пенопластов, сотопласта. Подобные прямые и криволинейные панели сочетают большую жесткость и прочность с небольшой массой и являются весьма перспективными для применения в качестве стен, покрытий и оболочек [87, 88].

Панели могут быть с каркасом и без него, причем материалы каркаса и обшивки могут различаться. Клееные светопрозрач — ные панели из полиэфирного стеклопластика, являясь частью стен или крыши, заменяют оконные проемы и фонари в про­мышленных и общественных зданиях. Для покрытий зданий широко применяется плоский штампованный металлический на­стил, к которому приклеивается пенопласт.

Опытное строительство и длительная эксплуатация зданий различного назначения с такими конструкциями показали их эффективность и позволили подобрать гамму наиболее рацио­нальных клеев для их изготовления. Выбор клеев зависит как от технологии изготовления панелей, так и от вида соединений материалов [68]. Наиболее перспективна технология, совмеща­ющая склеивание с одновременным вспениванием пенопласта в полости панелей. Наиболее рационально в этом случае исполь­зование клеев (например, каучуковых), заранее нанесенных на обшивки и высушенных до полного удаления растворителей; при вспенивании происходит тепловая активация клеящего слоя. Хорошие результаты дает использование клея 88Н и т. п. Чтобы избавиться от горючих растворителей, все шире применяют ла — тексные клеи (например, клей-грунт из бутадиен-стирольного латекса СКС 65-ГП). Малая водостойкость ограничивает при­менение этого грунта. Хорошие адгезионные свойства характер­ны для поливинилацетатной дисперсии, водостойкость которой можно повысить совмещением с фенольными смолами [89]. В этом случае для получения наибольшего эффекта требуется термообработка нанесенного грунта. Использование в качестве грунта дисперсии сополимера винилхлорида обеспечивает полу­чение водостойких соединений пенопласта с металлическими и асбестоцементными обшивками без термообработки.

В качестве грунта на металлических обшивках хорошие ре­зультаты дает применение лакокрасочной грунтовки АК-069 и BJI-023 [90]. Если панели имеют каркас, то он, как правило, склеивается с обшивкой. Для асбестоцементных панелей с кар­касом из асбестоцементных швеллеров следует применять эпок-

Рис. V. 3.

Виды клееных стыков балочных железобетонных конструкций в мостостроении:

1 — плоские; плоские. с уступом; 3 — зубчатые.

Сидные клеи [68, 70]. Жилые дома с такими панелями успешно эксплуатируются с 1960 г. [87]. Распространены асбестоцемент — ные панели с деревянным каркасом, однако, вследствие разли­чия в деформациях склеиваемых материалов при сушке и ув­лажнении применение клеев (алкилрезорциновых ФР-100 или ДФК-1АМ и резорцинового ФР-12) преследует в основном тех­нологические цели. Для панелей с алюминиевыми каркасами и такими же обшивками рационально применять клеесварные и другие клеемеханические соединения на эпоксидных клеях [68, 87]. Сочетание клеев и традиционных видов крепления — бол­тов, винтов и сварки наиболее перспективно также для метал­лических ферм, успешно испытанных вантовых конструкций и других, поскольку при этом улучшается работа соединения на неравномерный отрыв и повышается надежность в случае по­жара.

Весьма интересным является использование эпоксидных кле­ев для омоноличивания сборного железобетона в гидротехниче­ском строительстве, мостостроении, промышленном и граждан­ском строительстве [91, 93]. При монтаже пролетов мостов клеи наносят на стыкуемые поверхности, элементы соединяются и да­ется натяжение сквозной металлической арматуры (рис. V. 3). После отверждения клея можно производить монтаж очередно­го элемента. Хотя несущая способность моста обеспечивается в основном за счет предварительно напряженной арматуры, нали­чие клея вместо так называемого сухого стыка или стыка на цементном растворе дает и существенные преимущества. Темпы монтажа возрастают на 30—40%, трудоемкость снижается в 1,8—2 раза, значительно увеличивается качество стыков. Наи­лучшие результаты получаются при тонких (до 1 мм) стыках, поскольку при этом снижается деформативность. Высокие тре­бования предъявляются и к качеству изготовления отдельных блоков. Число мостов, изготовленных с применением клеевой технологии, приближается к ста, в том числе это мосты через такие крупные реки, как Днепр, Дон, Ока, Москва и др.

При соединении элементов железобетонных колонн путем стыкования арматурных стержней замена сварки склеиванием обеспечивает большую трещиностойкость, снижение металлоем­кости и трудоемкости работ [92, 94]. Такие колонны внедряются
при строительстве ряда промышленных зданий и являются весьма эффективными. Наиболее перспективно применение кле­ев для создания новых конструкций, например пространствен­ных железобетонных конструкций. Так, сборные железобетон­ные сегментные элементы на эпоксидном клее применены для сложного криволинейного покрытия оперного театра в Сиднее (Австралия). Имеется опыт применения клеев в пространствен­ных железобетонных конструкциях и в нашей стране [95].

Клеи используются также для усиления существующих же­лезобетонных конструкций, подвергаемых действию перерезы­вающих и изгибающих сил, динамических импульсных нагрузок и т. д. [92]. Усиление производится приклеиванием железобе­тонного или стального элемента. Подобное армирование дает значительный эффект. При работе таких конструкций в пере­менных температурно-влажностных условиях следует учиты­вать возможность снижения прочности соединений разнородных материалов.

Весьма технологично и довольно широко применяется креп­ление закладных деталей в железобетоне с помощью эпоксид­ных клеев. Особенно перспективно крепление с помощью клеев анкерных болтов в железобетонных полах для монтажа станков [96].

Самостоятельное значение имеет применение клеев для по­вышения сцепления нового бетона со старым. В этом случае клей является своего рода адгезионным грунтом, обеспечивающим совместную работу старого и нового бетона. Прочность контакта превосходит прочность бетона. Для этих целей может приме­няться эпоксидный клей. В ряде случаев положительные резуль­таты дает также использование грунта из поливинилацетатной дисперсии. Нанесение эпоксидного и некоторых других клеев на готовый бетонный элемент перед укладкой нового бетона обес­печивает равнопрочность соединения с монолитом. Подобный способ используется при строительстве из монолитного железо­бетона, ремонте дорожных сооружений, элементов гидротехниче­ских плотин и т. д. Естественно, что весьма рационально исполь­зование высокопрочных наполненных эпоксидных составов как самостоятельного материала для ремонта железобетонных эле­ментов.

Следует сказать и о введении эпоксидных клеев в трещины железобетонных конструкций, что позволяет отказаться от пол­ной замены таких конструкций, например при восстановитель­ных работах в районах землетрясений. Подобный ремонт также позволяет снизить количество заводского брака.

Весьма перспективно применение клеящих композиций для повышения прочности сцепления кирпичной кладки [97], что очень важно для сейсмических районов и индустриализации строительства кирпичных зданий. Создается возможность мон­тажа здания с помощью легких и прочных кирпичных панелей, подобно сборному железобетону. Наиболее перспективно ис­пользование полимерцементных составов на основе различных водных дисперсий (ВХВД-65-ПЦ, СКС 65ГП-6, ПВА). При этом прочность сцепления возрастает в 2—8 раз по сравнению со сцеплением при использовании цементного раствора. Содержа­ние полимера в отвердевшем растворе составляет всего 3%.

Следует упомянуть также о применении клеев в сантехнике. Для склеивания пластмассовых трубопроводов применяется обычно перхлорвиниловый клей. Интересна замена склеиванием эпоксидными клеями резьбовых соединений стальных трубопро­водов горячего и холодного водоснабжения. Такие соединения весьма экономичны, требуют меньше трудозатрат, характеризу­ются высокой долговечностью. Эпоксидные клеи применяются также для монтажа раковин и других сантехнических изделий, а клеи на основе термопластов и каучуков — для монтажа элек­троустановочных изделий.